(57)【要約】【課題】長期間に亘って安定した運転を行うことができる燃料電池ユニットを提供する。【解決手段】制御装置８において、各発電モジュールＡ〜Ｅの稼動時間、発電量、及び起動停止回数を、各発電モジュールＡ〜Ｅ毎に夫々積算カウントするとともに、各発電モジュールＡ〜Ｅの稼動時間、発電量、及び起動停止回数を運転情報としてメモリ（記憶手段）に記憶する。そして、燃料電池ユニット３を停止状態から起動させるにあたり、制御装置８は、各発電モジュールＡ〜Ｅの運転情報を参照し、稼動時間が最も少ない発電モジュールを起動させる。尚、稼動時間が同等の発電モジュールが複数ある場合には、起動停止回数がより少ない発電モジュールを優先的に起動させ、稼動時間及び起動停止回数ともに同等の発電モジュールが複数ある場合には、より発電量の少ない発電モジュールを起動させるものとする。【選択図】図１
2007122930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電モジュールが並列に接続されており、各発電モジュールの起動、運転、及び停止を制御装置にて夫々独立に制御する燃料電池ユニットであって、
前記制御装置が、各発電モジュールの運転情報を取得する取得手段と、該運転情報を記憶する記憶手段と、前記運転情報に基づいて発電モジュールの起動順序及び停止順序を決定するための決定手段とを備えていることを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項２】
制御装置は、各発電モジュールの稼動時間、発電量、又は起動停止回数のうち、少なくともいずれか一つを運転情報として取得し記憶することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
制御装置は、各発電モジュールの端子電圧又は温度の少なくともいずれか一方を検知可能であって、発電モジュールにおいて、規定値以下の端子電圧又は異常温度が検知されると、その発電モジュールを停止するとともに、燃料電池ユニットを構成する回路から切り離すことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば燃料電池コージェネレーションシステム等に用いられる燃料電池ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水素リッチガス等の燃料ガスを燃料として発電を行う燃料電池ユニットが知られており、このような燃料電池ユニットを用い、発電とその発電に伴う排熱とを同時に利用可能としたコージェネレーションシステムが構築されている。該コージェネレーションシステムとしては、たとえば特許文献１に開示されているような、複数の住戸で構成された集合住宅を対象とする燃料電池コージェネレーションシステムがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７１６０号公報
【０００４】
ここで、特許文献１の燃料電池コージェネレーションシステムについて、図２を基に説明する。図２は、従来の燃料電池コージェネレーションシステム５１を示したブロック構成図である。
燃料電池コージェネレーションシステム５１は、５戸の住戸５２、５２・・からなる集合住宅に導入されるものであり、燃料電池ユニット５３、各住戸５２に給湯するための貯湯タンク５４、各住戸５２毎に夫々設けられる電力負荷５５に分配される電力線網５６、及びインバータ５７等からなる。
【０００５】
燃料電池ユニット５３は、並列に接続された５つの発電モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、該発電モジュールＡ〜Ｅ等からの排熱をお湯として回収する熱交換器、発電モジュールＡ〜Ｅや熱交換器等の運転を制御する制御装置５８等からなるものであって、発電モジュールＡ〜Ｅは、制御装置５８による制御のもと夫々独立に運転可能となっている。また、貯湯タンク５４は、燃料電池ユニット５３の熱交換器からのお湯を貯め、各住戸５２へとお湯を供給可能とするものである。尚、貯湯タンク５４から住戸５２、５２・・へと供給されるお湯は、バックアップバーナ５９、５９・・により再加熱可能となっている。
【０００６】
さらに、インバータ５７は、燃料電池５３で発電された直流電流を交流電流に変換するものであり、各住戸５２に対し、電力線網５６を介して、電力負荷５５を燃料電池ユニット５３と系統電力とに接続する系統連系機能を有している。
【０００７】
以上のように構成される燃料電池コージェネレーションシステム５１における燃料電池ユニット５３では、制御装置５８の制御のもと、住戸５２、５２・・より要求される総需要電力量に応じ、必要な数の発電モジュールをＡから順に起動・運転させて、発電を行う。また、たとえば夜間等、総需要電力量が減少する場合には、稼動中の発電モジュールのうちＥ側から順に停止させていく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したような燃料電池ユニットでは、発電モジュールＡ〜Ｅの運転及び停止順序が上記の如く一定であるため、最初に運転を開始する発電モジュール（発電モジュールＡ）と最後に運転を開始する発電モジュール（発電モジュールＥ）とで、累積稼動時間に大きな差が生じる。したがって、発電モジュールＡが、他の発電モジュールと比較して、より早く発電性能や発電効率の低下を引き起こしてしまうことから、燃料電池ユニットの信頼性に乏しい上、燃料電池ユニットの寿命、ひいては燃料電池コージェネレーションシステム全体の寿命を短くしてしまうといった問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであって、長期間に亘って安定した運転を行うことができる燃料電池ユニットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、複数の発電モジュールが並列に接続されており、各発電モジュールの起動、運転、及び停止を制御装置にて夫々独立に制御する燃料電池ユニットであって、前記制御装置が、各発電モジュールの運転情報を取得する取得手段と、該運転情報を記憶する記憶手段と、前記運転情報に基づいて発電モジュールの起動順序及び停止順序を決定するための決定手段とを備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、制御装置は、各発電モジュールの稼動時間、発電量、又は起動停止回数のうち、少なくともいずれか一つを運転情報として取得し記憶することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の発明において、制御装置は、各発電モジュールの端子電圧又は温度の少なくともいずれか一方を検知可能であって、発電モジュールにおいて、規定値以下の端子電圧又は異常温度が検知されると、その発電モジュールを停止するとともに、燃料電池ユニットを構成する回路から切り離すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、制御装置において、各発電モジュールの運転情報を取得・記憶し、該運転情報に基づいて発電モジュールの起動順序、及び停止順序を決定するため、発電モジュール間の運転状況（たとえば、稼動時間や発電量等）に偏りが生じない。つまり、発電モジュール間において電池電圧の差（すなわち、劣化による電圧低下）が生じにくいことから、各発電モジュールの故障率を均一化することができ、より安定した運転を行うことができる。したがって、燃料電池ユニットの寿命、ひいては該燃料電池ユニットを組み込んでなる燃料電池システム（たとえば、燃料電池コージェネレーションシステム）全体の寿命の長寿命化を実現することができ、燃料電池ユニットの信頼性を向上させることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、制御装置が、各発電モジュールの稼動時間、発電量、又は起動停止回数のうち少なくともいずれか一つを運転情報として取得・記憶し、該運転情報を基にして上記起動順序、及び停止順序を決定している。したがって、上記効果をより顕著に発揮することができる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、制御装置にて、発電モジュールの電圧や温度等を監視するため、発電能力の低下した又は故障の発生した発電モジュールを早期に発見することができるとともに、発見時には該発電モジュールを切り離すことができる。したがって、極めて安定した燃料電池ユニットの稼動・運転を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態となる燃料電池ユニット、及び該燃料電池ユニットを用いた燃料電池コージェネレーションシステムについて図面を基に説明する。
【００１３】
図１は、燃料電池コージェネレーションシステム１を示したブロック構成図である。
燃料電池コージェネレーションシステム１は、４戸の住戸２、２・・からなる４世帯集合住宅に導入されるものであり、燃料電池ユニット３、各住戸２に給湯するための貯湯タンク４、各住戸２毎に夫々設けられる電力負荷５に分配される電力線網６、インバータ７、及び灯油等の化石燃料から水素リッチガスを生成する改質器９等からなる。
【００１４】
燃料電池ユニット３は、高分子電解質（ＰＥＦＣ）形の５つの発電モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、発電モジュールＡ〜Ｅや改質器９で発生する排熱を利用してお湯を回収する熱交換器、発電モジュールＡ〜Ｅや改質器９等の運転を制御する制御装置８等を備えてなるものである。
【００１５】
燃料電池ユニット３において、発電モジュールＡ〜Ｅは並列に接続されており、夫々独立に運転可能となっている。そして、燃料電池ユニット３では、制御装置８による制御のもと、売電が発生しないよう各発電モジュールＡ〜Ｅの起動・停止を繰り返しながら、総需要電力量にみあう電力量を発電している。尚、燃料電池ユニット３にて発電された電力は、電力線網６を介して各住戸２へと供給され、電力負荷５にて消費される。
【００１６】
また、貯湯タンク４は、燃料電池ユニット３の熱交換器からのお湯を貯め、各住戸２へとお湯を供給可能とするものである。さらに、インバータ７は、燃料電池３で発電された直流電流を交流電流に変換するものである。
【００１７】
以上のような燃料電池コージェネレーションシステム１では、改質器９より供給される水素リッチガスを燃料として、燃料電池ユニット３において、制御装置８による制御のもと、各発電モジュールＡ〜Ｅが夫々独立して起動・停止し、総需要電力量にみあう電力を発電して、各住戸２へと供給するとともに、該発電に際して発生した熱により貯湯タンク４にお湯を貯め、必要に応じて各住戸２へとお湯を供給する。
【００１８】
ここで、制御装置８による各発電モジュールＡ〜Ｅの起動・停止の制御について説明する。
制御装置８は、燃料電池ユニット３の稼動開始時から、各発電モジュールＡ〜Ｅの稼動時間、発電量、及び起動停止回数を、各発電モジュールＡ〜Ｅ毎に夫々積算カウントするとともに、各発電モジュールＡ〜Ｅの稼動時間、発電量、及び起動停止回数を運転情報としてメモリ（記憶手段）に記憶する。尚、制御装置８は、該運転情報を、各発電モジュールＡ〜Ｅの起動・運転・停止に伴い、随時更新記憶する（すなわち、稼動時間や発電量は、各発電モジュールＡ〜Ｅの運転中に随時更新記憶される）。
【００１９】
そして、燃料電池ユニット３を停止状態から起動させるにあたり、制御装置８は、各発電モジュールＡ〜Ｅの運転情報を参照し、稼動時間が最も少ない発電モジュールを起動させる。尚、稼動時間が同等の発電モジュールが複数ある場合には、起動停止回数がより少ない発電モジュールを優先的に起動させ、稼動時間及び起動停止回数ともに同等の発電モジュールが複数ある場合には、より発電量の少ない発電モジュールを起動させるものとする。また、燃料電池ユニット３の稼動開始時には、発電モジュールＡから順に起動させるものとする。
【００２０】
また、総需要電力量の増加に伴い、発電モジュールの運転数を増加させる場合、制御装置８は、まだ起動していない発電モジュールの運転情報を参照し、稼動時間の少ない発電モジュールから順に発電モジュールを起動させる。尚、発電モジュールの運転数増加に際し、稼動時間が同等の発電モジュールが複数ある場合等における制御は、上記態様と同様である。
一方、総需要電力量の減少に伴い、発電モジュールの運転数を減少させる場合、制御装置８は、運転中の発電モジュールの運転情報を参照し、最も稼動時間の長い発電モジュールから順に停止させる。尚、発電モジュールの運転数減少に際し、稼動時間が同等の発電モジュールが複数ある場合には、起動停止回数がより多い発電モジュールを優先的に停止させる。また、稼動時間及び起動停止回数ともに同等の発電モジュールが複数ある場合には、より発電量の多い発電モジュールから順に運転を停止させるものとする。
【００２１】
以上のようにして、制御装置８は、各発電モジュールＡ〜Ｅの稼動時間に著しい偏りが発生しないようにしながら、燃料電池ユニット３を稼動させる。
尚、上記形態では、発電モジュールの稼動時間を優先的に参照する構成としているが、発電量又は起動停止回数を優先的に参照するようにしてもよいし、どれを最優先させるか（優先順位）については適宜変更設定可能としてもよい。また、どの条件を優先させるかについて、稼動時間の最大差（最も長いものと短いものとの差）、発電量の最大差（最も多いものと少ないものとの差）、及び起動停止回数の最大差（最も多いものと少ないものとの差）を制御装置８にて比較させて顕著なものから順に優先させる、といったように優先順位の自動変更設定手段を制御装置８に備えるようにしてもよい。さらに、発電モジュールの起動にあたっては稼動時間を最優先事項とする一方、発電モジュールの運転停止にあたっては発電量を最優先事項とする等といったように、発電モジュールの起動又は停止により優先順位を異ならせるようにしてもよい。
【００２２】
また、制御装置８は、以下のようにして燃料電池ユニット３における各発電モジュールＡ〜Ｅの切り離しを行う。
制御装置８は、各発電モジュールＡ〜Ｅの電圧や温度をセンサ等により常時監視する。そして、発電モジュールにて、たとえば電池の端子電圧が規定値以下となった場合や異常温度が検知された場合等には、電力供給に支障をきたすとして該発電モジュールの運転を停止するとともに、燃料ユニット３の系統から切り離す。
【００２３】
上述したような燃料電池ユニット３によれば、制御装置８において、各発電モジュールＡ〜Ｅの運転情報を取得・記憶し、該運転情報に基づいて発電モジュールの起動順序、及び停止順序を決定するため、発電モジュール間における稼動時間や発電量等の偏りが生じない。つまり、発電モジュール間において電池電圧の差（すなわち、劣化による電圧低下）が生じにくいことから、各発電モジュールの故障率を均一化することができ、より安定した運転を行うことができる。したがって、燃料電池ユニットの寿命、ひいては燃料電池コージェネレーションシステム全体の寿命の長寿命化を実現することができ、燃料電池ユニットの信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、燃料電池ユニット３の制御装置８は、稼動時間、発電量、及び起動停止回数を運転情報として取得・記憶し、該３条件を基にして上記起動順序、及び停止順序を決定している。したがって、１つの条件しか参照しないようなものと比較して、上記効果をより顕著に発揮することができる。
さらに、制御装置８にて、発電モジュールＡ〜Ｅの電圧や温度を監視することによって、発電能力の低下した又は故障の発生した発電モジュールを早期に発見することができるとともに、発見時には該発電モジュールを速やかに燃料電池ユニットの回路から切り離すことができる。したがって、極めて安定した燃料電池ユニット３の稼動・運転を実現することができる。
【００２５】
なお、本発明の燃料電池ユニットに係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【００２６】
たとえば、上記実施の形態では、各発電モジュールの稼動時間、発電量、及び起動停止回数を運転情報としているが、これら全てを運転情報とする必要はなく、どれか一つであってもよい。また、運転情報としては、稼動時間、発電量、及び起動停止回数以外のものであっても何ら問題はなく、たとえば発電モジュールの稼動時間及び発電量等から発電効率を算出し、該発電効率に基づいて起動・停止の順序を決定するようにしてもよい。
【００２７】
また、燃料電池ユニットに備える発電モジュールの数や種類、発電モジュールのスペック等も適宜変更可能である。さらに、制御装置に入力手段（キーボード等）や出力手段（モニター等）を備えてもよいし、異常な発電モジュールが検知された旨を報知する報知手段を備えることも当然可能である。
【００２８】
加えて、燃料電池ユニットは、上述の如き燃料電池コージェネレーションシステム以外の各種燃料電池システムに組み込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】燃料電池コージェネレーションシステムを示したブロック構成図である。
【図２】従来の燃料電池コージェネレーションシステムを示したブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・燃料電池コージェネレーションシステム、２・・住戸、３・・燃料電池ユニット、４・・貯湯タンク、５・・電力負荷、６・・電力線網、７・・インバータ、８・・制御装置、９・・改質器、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ・・発電モジュール。
【図１】
2007122930.tif 000003
【図２】
2007122930.tif 000004